a współczynnik mocy jest bliski jedności. Z równania (33.77) wynika, że średnia szybkość przesyłania energii, czyli moc średnia wynosi:
Pśr= EI = (7,35 · 105 V)(500 A) = 368 MW.
Opór linii przesyłowej wynosi około 0,220 /km; zatem całkowity opór odcinka linii o długości 1000 km jest równy około 220 . W wyniku istnienia tego oporu szybkość rozpraszania energii, czyli moc tracona wynosi:
Pśr= I2R = (500 A)2(220 )= 55 MW, co odpowiada niemal 15% mocy dostarczanej.
Wyobraź sobie, co by się stało, gdybyśmy dwukrotnie zwiększyli natęże- nie prądu i dwukrotnie zmniejszyli napięcie. Moc dostarczana przez elektrownię byłaby nadal równa 368 MW, ale teraz moc tracona wynosiłaby około:
Pśr= I2R= (1000 A)2(220 )= 220 MW,
co stanowi prawie 60% mocy dostarczanej. Stąd wynika ogólna zasada prze- syłania energii elektrycznej: Stosuj jak największe napięcia i jak najmniejsze natężenia prądu.
Transformator idealny
Powyższa zasada przesyłania energii prowadzi do zasadniczej niezgodności między wymaganiem skutecznego przesyłania (tzn. przy wysokim napięciu), a potrzebą bezpiecznego wytwarzania i używania energii (tzn. przy niskim napięciu). Po- trzebne jest więc urządzenie, za pomocą którego moglibyśmy podwyższać (w celu przesyłania) lub obniżać (w celu zastosowania) napięcie zmienne w obwodzie, utrzymując możliwie stałą wartość iloczynu: natężenie prądu × napięcie. Takim urządzeniem jesttransformator. Nie ma on ruchomych części, działa na zasadzie prawa Faradaya i nie ma prostego odpowiednika w obwodach prądu stałego.
Transformator idealny, przedstawiony na rysunku 33.15, składa się z dwóch cewek o różnych liczbach zwojów, nawiniętych na wspólnym rdzeniu z żelaza.
(Cewki są izolowane od rdzenia). W czasie pracy transformatora uzwojenie pier- wotne o Np zwojach połączone jest ze źródłem prądu zmiennego, którego SEM w dowolnej chwili t jest dana wzorem:
E = Emaxsin ωt. (33.78)
Uzwojenie wtórne o Nwzwojach jest połączone z oporem obciążenia R, ale za- kładamy chwilowo, że klucz S jest otwarty. Tak więc obwód wtórny jest otwarty, a zatem prąd w uzwojeniu wtórnym nie płynie. Przyjmujemy ponadto, że w transformatorze idealnym opór uzwojenia pierwotnego i wtórnego jest znikomo mały, podobnie jak straty energii, związane z histerezą magnetyczną w rdzeniu że- laznym. Dla dobrze zaprojektowanych transformatorów o dużej wydajności straty energii mogą być nie większe od 1%, tak więc nasze założenia są uzasadnione.
Rys. 33.15.Typowy obwód zawierający transformator idealny, czyli dwie cewki nawinięte na wspólnym rdzeniu z żelaza.
Źródło prądu zmiennego wytwarza prąd w cewce po lewej stronie (w uzwojeniu pierwotnym). Cewka po prawej stronie (uzwojenie wtórne) jest połączona z ob- ciążeniem oporowym R, gdy klucz S jest zamknięty
W przyjętych przez nas warunkach uzwojenie pierwotne ma charakter czy- sto indukcyjny, a obwód pierwotny podobny jest do obwodu na rysunku 33.10a.
Zatem prąd pierwotny (zwany również prądem magnesującym Imag) o bardzo ma-
348 33. Drgania elektromagnetyczne i prąd zmienny
